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3.2有机物复合材料电极
为了提高有机物电极的机械性能和电导率,国内外不少人研究了基于导电聚合物的复合电极材料,其中以CNT(碳纳米管)与ECP(电子导电有机聚合物)复合材料为代表。
Jie Wang等比较研究了PEDOT电极和PEDOT/SWNTs复合材料电极的超级电容器,发现在扫描速率为10mV/s时,PEDOT和PEDOT/SWNTs电极材料的超级电容器比电容分别为120F/g和210F/g。
Ling-Bin Kong等利用原位化学聚合法制得多壁纳米管与聚苯胺的(MWNTs/PANI)的复合电极,并测得其比电容达到224F/g。邓梅根等采用化学原位聚合法在碳纳米管的表面包覆聚苯胺,制备了CNT-PANI纳米复合物,发现在电流密度为10mA/cm2时,CNT和CNT/PANI纳米复合物的比电容分别为52F/g和201F/g,能量密度为6.97W・h/kg。Ying-ke Zhou等考察了CNT/PANI复合电极材料的电化学性能,用原位化学聚合法制备了CNT/Pani,通过交流阻抗和HRTEM表征发现CNT与Pani形成了紧密的电荷传输混合体而不是单纯的弱分子连结。
这种电子传输混合体明显地降低了离子扩散阻抗,有益于电荷的传输,在大功率密度的情况下,有效地改善了比电容衰减的现象。由图3可以看出,由于碳纳米管具有良好的机械性能,可以提供立体空间网状结构。有机聚合物通过原位化学聚合或电化学聚合包覆在碳纳米管上,大大提高了比表面积。此外碳纳米管具有良好的电导率,改善了聚合物在充放电时电导率降低的现象。聚合物与别的材料复合也有不少人研究。毛定文以过硫酸铵(APS)为氧化剂制得聚苯胺/活性炭复合电极材料,研究表明当m(活性炭)∶m(苯胺)∶m(过硫酸铵)=7∶1∶1时,苯胺收缩率为95%以上,比电容达到409F/g;活性炭的孔径分布对复合材料电极的性能有很大影响。
尽管有机物复合电极材料能提高电极电导率和机械性能,但是复合电极材料超级电容器的稳定工作电压并不高,一般小于1.5V,从而影响到超级电容器的储能密度和功率密度,限制了超级电容器的应用。
3.3有机混杂型电极
为了提高超级电容器的能量密度和功率密度,不少人对混杂型超级电容器进行了研究。通过采用活性炭和聚苯胺制备的混杂型超级电容器可以明显提高电极的稳定电位窗口,从而有效提高超级电容器的能量密度。王晓峰等采用化学氧化聚合法制备了纯聚苯胺电极材料,同时以二次活化法制备了高比表面活性碳材料。以聚苯胺为正极、活性炭为负极、38%的硫酸溶液为电解液,组成的超级电容器的稳定电位窗口可达114V,其最大比能量和比功率可达1515W・h/kg和214W/kg。张庆武等以C/Pani为正极、活性炭电极材料为负极,同样将混杂型电容器的稳定电位窗口提高到了1.4V,其能量密度达到814W・h/kg。
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